华北古、中生代地幔橄榄岩捕虏体的Fe同位素地球化学研究

采用新兴的Fe同位素地球化学示踪手段，对华北东部不同时代（古生代、中生代）、不同构造位置（地块内部与边缘）火山岩携带的橄榄岩捕虏体/捕虏晶开展研究，并结合详细的岩石学和其它同位素地球化学方法，以及前人对火山岩及其幔源捕虏体的研究成果，进一步揭示华北不同时代、不同地区岩石圈地幔性质和组成上的差异，进而探讨华北古生代、中生代岩石圈地幔的演化过程、橄榄岩与熔体相互作用及其机理、以及参与反应的熔体的性质和来源。力争为进一步认识华北不同时代、不同地区岩石圈地幔的演化过程提供Fe同位素地球化学制约。

本项目对华北克拉通不同时代火山岩携带的地幔橄榄岩及其单矿物进行了详细的Fe同位素地球化学研究。研究结果表明：（1）古生代金伯利岩携带的新鲜地幔橄榄岩Fe同位素组成 (δ57Fe=0.02~0.03‰, 平均值为0.03±0.01‰, 2SE, n=2)与球粒陨石的平均值相近(δ57Fe=0.01±0.02‰, 2SE, n=131)。而经受了蛇纹石化和碳酸盐化的地幔橄榄岩Fe同位素组成变化范围较大(δ57Fe=-0.09~0.55‰, 平均值为0.13±0.11‰, 2SE, n=12)，并与其蛇纹石化和碳酸盐化程度有关。（2）中、新生代玄武岩携带的不同类型地幔橄榄岩的 Fe 同位素组成不均一。镁橄榄岩(Mg#>89)的δ57Fe值在-0.29~0.28‰，平均值为δ57Fe=0.02±0.03‰(2SE, n=63)，与球粒陨石平均值和Fertile upper mantle的Fe同位素组成一致(δ57Fe=0.03±0.03‰)。其不同单矿物之间Fe同位素分馏基本达到了平衡(57Fe总体具有橄榄石≈斜方辉石<单斜辉石<尖晶石)。而富Fe橄榄岩(Mg#<90)具有轻的Fe同位素组成(δ57Fe=-1.04~-0.26‰, 平均值为-0.48±0.14‰, 2SE, n=11)，单矿物间Fe同位素分馏没有完全达到平衡，这可能是由于橄榄岩与渗透上涌的熔体之间的Fe-Mg元素相互交换引起的动力学Fe同位素分馏所致。由橄榄岩与硅酸盐熔体相互作用而生成的异剥橄榄岩(Mg#<89)具有相对略高的Fe同位素组成(δ57Fe=0.13~0.23‰)，其平均值(δ57Fe=0.18±0.06‰, 2SE, n=3)与新生代玄武岩的Fe同位素组成类似(δ57Fe=0.17~0.24‰, 平均值为0.20±0.02‰, 2SE, n=9)。 其单矿物之间δ57Fe总体表现为橄榄石<单斜辉石，Fe同位素分馏已达平衡。（3）华北克拉通新生代玄武岩具有均一的Fe同位素组成，并相对地幔橄榄岩较富集Fe的重同位素，表明部分熔融过程中，Fe的重同位素优先进入熔体相。（4）以上研究结果表明，部分熔融过程，导致玄武岩比残余地幔橄榄岩富集重的Fe同位素，而地幔交代作用是导致地幔Fe同位素组成不均一的重要机制，从而为橄榄岩与熔体的相互作用在岩石圈演化过程中的重要作用提供了新的证据。